Лазерное излучение является электромагнитным излучением, генерируемым в диапазоне длин волн l = 180…105 нм. Лазерные установки получили широкое распространение.

Лазерное излучение характеризуется монохроматичностью (излучения практически одной частоты), высокой когерентностью (сохранением фазы колебаний), чрезвычайно малой энергетической расходимостью луча и высокой концентрацией энергии излучения в луче.

Биологические эффекты воздействия лазерного излучения на организм определяются механизмами взаимодействия излучения с тканями и зависят от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Различают тепловые, энергетические, фотохимические и механические (ударно-акустические) эффекты воздействия, а также прямое и отражённое (зеркальное и диффузное) излучения. Для глаз, кожи и внутренних тканей организма наибольшую опасность представляет энергонасыщенное прямое и зеркально отражённое излучения. Кроме того, наблюдаются негативные функциональные сдвиги в работе нервной и сердечно-сосудистой систем, эндокринных желез, изменяется артериальное давление, увеличивается утомляемость.

Лазерное излучение с длиной волны от 380 до 1400 нм наиболее опасно для сетчатой оболочки глаза, а излучение с длиной волны от 180 до 380 нм и свыше 1400 нм - для передних сред глаза. Повреждение кожи может быть вызвано излучением любой длины волны рассматриваемого диапазона (180…105 нм).

Ткани живого организма при малых и средних интенсивностях облучения почти непроницаемы для лазерного излучения. Поэтому поверхностные (кожные) покровы оказываются наиболее подверженными его воздействию. Степень этого воздействия определяется длиной волны и интенсивностью излучения.

При больших интенсивностях лазерного облучения возможны повреждения не только кожи, но и внутренних тканей и органов. Эти повреждения имеют характер отёков, кровоизлияний, омертвения тканей, а также свёртывания или распада крови. В таких случаях повреждения кожи оказываются относительно менее выраженными, чем изменения во внутренних тканях, а в жировых тканях вообще не отмечено каких-либо патологических изменений.

Биологические эффекты, возникающие при воздействии лазерного излучения на организм, условно подразделяют на группы:

а) первичные эффекты - органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых живых тканях (прямое облучение);

б) вторичные эффекты - неспецифические изменения, возникающие в организме в ответ на облучение (длительное облучение диффузно отражённым излучением).

При эксплуатации лазерных установок на человека могут воздействовать следующие опасные и вредные факторы, обусловленные как самим лазерным излучением, так и спецификой его формирования:

• лазерное излучение (прямое, отражённое, рассеянное);
• сопутствующее работе установки ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения структурных компонентов;
• высокое напряжение в цепях управления и электропитания;
• ЭМП промышленной частоты и радиочастотного диапазона;
• рентгеновское излучение от газоразрядных трубок и элементов, работающих при анодном напряжении более 5 кВ;
• шум и вибрация;
• токсичные газы и пары, образующиеся в элементах лазеров и при взаимодействии луча со средой;
• продукты взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемыми материалами;
• повышенная температура поверхностей лазерного изделия и в зоне облучения;
• опасность взрыва в системах накачки лазеров;
• возможность взрыва и пожара при взаимодействии луча с горючим материалом.

По степени опасности излучения для биологических структур человека лазеры подразделяются на четыре класса.

К лазерам 1 класса относят полностью безопасные лазеры. Их излучение не представляет опасности для глаз и кожи.

Лазеры 2 класса - это лазеры, луч которых представляет опасность при облучении кожи или глаз человека. Однако диффузно отражённое излучение безопасно как для кожи, так и для глаз.

Лазеры 3 класса представляют опасность при облучении глаз и кожи прямым, зеркально отражённым излучением. Диффузно отражённое излучение опасно для глаз на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности, но безопасно для кожи.

У лазеров 4 класса диффузно отражённое излучение на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности представляет опасность для глаз и кожи.

Лазеры классифицирует изготовитель по выходным характеристикам излучения.

При эксплуатации установок 2-4 классов следует предусматривать мероприятия по лазерной безопасности, дозиметрический контроль лазерного излучения, санитарно-гигиенические мероприятия и медицинский контроль.

Лазерная безопасность - это совокупность технических, санитарно-гигиенических, лечебно-профилактических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасные и безвредные условия труда при эксплуатации лазерных установок.

Нормирование лазерного излучения осуществляется по предельно допустимым уровням облучения (ПДУ) согласно «Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров» № 5804-91 . ПДУ излучения при однократном воздействии могут привести к незначительной вероятности возникновения обратимых отклонений в организме работающего. ПДУ излучения при хроническом воздействии не приводят к отклонению в состоянии здоровья человека как в процессе работы, так и в отдалённые сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Нормируемыми параметрами являются облучённость Е, энергетическая экспозиция Н, энергия W и мощность Р излучения.

Облучённость - это отношение потока излучения, падающего на малый участок поверхности, к площади этого участка, Вт/м2.

Энергетическая экспозиция определяется интегралом облучённости по времени, Дж/м2.

ПДУ лазерного излучения устанавливаются для трёх диапазонов длин волн (180…380, 381…1400, 1401…105 нм) и случаев облучения: однократного (с временем воздействия до одной смены), сериями импульсов и хронического (систематически повторяющегося). Кроме того, при нормировании учитывают объект облучения (глаза, кожа, глаза и кожа одновременно).

При использовании лазеров в театрально-зрелищных мероприятиях, для демонстрации в учебных заведениях, для подсветки и других целей в медицинских приборах, не связанных непосредственно с лечебным действием излучения, ПДУ для всех облучаемых устанавливаются в соответствии с нормами для хронического облучения.

К лазерным изделиям с учётом их классов опасности предъявляются различные требования. Например, лазеры 3 и 4 класса должны содержать дозиметрическую аппаратуру, а их конструкция должна

обеспечивать возможность дистанционного управления. Лазерные изделия медицинского назначения должны быть оборудованы средствами для измерения уровня излучения, воздействующего на пациента и персонал. Лазеры 3 и 4 классов запрещено использовать в театрально-зрелищных мероприятиях, в учебных заведениях и на открытых пространствах. Класс лазерного изделия учитывается в требованиях по его эксплуатации.

Лазерные изделия и зоны распространения лазерного излучения должны обозначаться знаками лазерной опасности с пояснительными надписями, зависящими от класса лазера.

Безопасность при работе с открытыми лазерными изделиями обеспечивается путём применения СИЗ. Безопасность при использовании лазеров в демонстрационных целях, в театрально-зрелищных мероприятиях и на открытом пространстве обеспечивается организационно-техническими мероприятиями (разработка схемы размещения лазеров, учёт траектории лазерных лучей, строгий контроль за соблюдением правил и др.).

При использовании очков для защиты от лазерного излучения уровни освещённости рабочих мест должны быть повышены на одну ступень согласно СНиП 23-05-95.

Средства защиты (коллективные и индивидуальные) применяются для снижения уровней лазерного излучения, действующего на человека, до значений ниже ПДУ. Выбор средств защиты осуществляется с учётом параметров лазерного излучения и особенностей эксплуатации. СИЗ от лазерного излучения включают в себя средства защиты глаз и лица (защитные очки, выбираемые с учётом длины волны излучения, щитки, насадки), средства защиты рук, специальную одежду.

Персонал, работающий с лазерными изделиями, должен проходить предварительные и периодические (раз в год) медицинские осмотры. К работе с лазерами допускаются лица, достигшие 18 лет и не имеющие медицинских противопоказаний.

Лазерное излучение

Лазерное излучение: l = 0,2 - 1000 мкм.

Осн. источник - оптический квантовый генератор (лазер).Особенности лазерного излучения - монохроматичность; острая направленность пучка; когкрентность.Свойства лазерного излучения: высокая плотность энергии: 1010-1012 Дж/см2, высокая плотность мощности: 1020-1022 Вт/см2.

По виду излучение лазерное излучение подразд-ся:

Прямое излучение; рассеяное; зеркально-отраженное; диффузное.

Биологические действия лазерного излучения зависит от длины волны и интенсивности излучения, поэтому весь диапазон длин волн делится на области:

Ультрафиолетовая 0.2-0.4 мкм

Видимая 0.4-0.75 мкм

Инфракрасная:

a) ближняя 0.75-1

b) дальняя свыше 1.0

Вредные воздействия лазерного излучения.

1)термические воздевия

2)энергетические воздействия (+ мощность)

3)фотохимические воздействия

4)механическое воздействие(колебания типа ультразвуковых в облученном организме)

5)электростри (деформация молекул в поле лазерного излучения)

6)образование в пределах клетках микроволнового электромагнитного поля

Влияние лазерного излучения на живые организмы, в том числе и организм человека, а также на окружающую среду, может быть как положительным, так и отрицательным.

Давайте сначала поговорим о положительном влиянии лазерного излучения.
На сегодняшний день во многих странах мира проходит активное внедрение лазерного излучения в практической медицине и в различных биологических исследованиях. Уникальные свойства лазерного луча позволяют использовать его в самых разнообразных областях: хирургии, терапии и медицинской диагностике. Опытным путем была доказана эффективность лазерного излучения ультрафиолетового, инфракрасного и видимого спектров для применения на небольшой пораженный участок и для воздействия на организм в целом.

Влияние лазерного излучения низкой интенсивности приводит к значительному уменьшению острых воспалительных процессов, стимулирует восстановительные процессы в организме, нормализует микроциркуляцию тканей, повышает общий иммунитет и устойчивость организма к различным заболеваниям.
На сегодняшний день доказано, что для низкоинтенсивного излучения характерно явно выраженное терапевтическое воздействие.

Лазеротерапией называется способ лечения, который основывается на использовании световой энергии лазерного излучения в медицинских целях.
Положительное влияние лазерного излучения на суставы заключается в том, что наблюдается перестройка субхондральной костной пластинки, нормализуется кровообращение в эндоосте и хрящ перестраивается в фиброзноволокнистый.

При влиянии лазерного излучения на кровь наблюдается улучшение реологических показателей крови, нормализуется кислородное снабжение тканей, меньше проявляется ишемия в тканях организма, нормализуется уровень холестерина, триглицеридов, сахара, приостанавливается высвобождение различных медиаторов воспаления, повышается общий иммунитет организма.

Что касается отрицательного влияния лазерного излучения на организм человека, то тут страдают, прежде всего, глаза. Даже лазеры очень маленькой мощности, составляющей всего лишь несколько милливатт, могут причинить вред зрению. Для длин волн от 400 до 700 нм, которые являются видимыми, имеют высокую степень пропускания и могут фокусироваться хрусталиком, попадание лазерного излучения в глаз, даже на пару секунд, вызвать частичную, а в некоторых случаях и полную потерю зрения. Лазеры высокой мощности могут даже повреждать внешние кожные покровы.

Влияние лазерного излучения особенно опасно для тканей, поглощающая способность которых максимальна. Глаз является наиболее уязвимым органом в этом плане. Причиной этого является незащищенность роговицы и хрусталика глаза, а также умение оптической системы глаза значительно увеличивать мощность лазерного излучения ближнего инфракрасного и видимого диапазонов, расположенных на глазном дне.

При поражении глаза лазерным излучением возникает боль, спазм век, текут слезы, отекают веки и глазное яблоко. В отдельных случаях наблюдается помутнение сетчатки и кровоизлияние. Клетки сетчатки после подобного повреждения уже не восстанавливаются.

Наши лучшие специалисты подробно объяснят вам, как уберечься от отрицательного влияния лазерного излучения и получить максимальную пользу от положительного влияния лазерного излучения

Лазерные излучения, их роль в процессах жизнедеятельности

В связи с широким применением лазерных источников излучения в научных исследованиях, промышленности, медицинский связи и др. возникает необходимость сохранения здоровья людей эксплуатирующих различные лазерные установки.

Лазер источник когерентного излучения, то есть согласованого во времени и пространстве движения фотонов в виде выделенного луча. Световая интенсивность лазерного луча в точке может быть больше, чем интенсивность Солнца. В соответствии с использованием различных материалов в качестве активной среды лазеры подразделяют на твердотелые, газовые, полупроводниковые, жидкостные на красителях, химические.

Действие излучения лазеров представляет опасность больше всего для органов зрения и кожного покрова. Характер воздействия на зрительный аппарат и степень поражающего действия лазера зависят от плотности энергии излучения, длины волны излучения (импульсное или непрерывное). Характер повреждения кожи зависит от цвета кожи, например пигментированная кожа значительно сильнее поглощает лазерное излучение, чем не пигментированная. Светлая кожа отражает до 40 % падающего на нее излучения. При действии лазерного излучения обнаружен ряд нежелательных изменений со стороны органов дыхания, пищеварения, сердечнососудистой и эндокринной систем. В некоторых случаях эти общие клинические симптомы носят довольно стойкий характер, являясь результатом влияния на нервную систему.

Рассмотрим действие наиболее биологически опасных спектральных диапазонов лазерного облучения. В инфракрасной области энергия наиболее «коротких» волн (0,7-1,3 мкм) может проникать на сравнительно большую глубину в кожу и прозрачные среды глаза. Глубина проникновения зависит от длины волны падающего излучения. Участок высокой прозрачности на длинах волн от 0,75 до 1,3 мкм имеет максимум прозрачности в районе 1,1 мкм. На этой длине волны 20 % энергии, падающей на поверхностный слой кожи, проникает в кожу на глубину до 5 мм. При этом в сильно пигментированной коже глубина проникновения может быть еще больше. И тем не менее кожа человека достаточно хорошо противодействует инфракрасному излучению, так как она способна рассеивать тепло благодаря кровообращению и понижать температуру ткани вследствие испарения влаги с поверхности.

Значительно труднее от инфракрасного облучения защитить глаза, в них тепло практически не рассеивается, и хрусталик, фокусирующий излучение на сетчатке, усиливает эффект биологического воздействия. Все это заставляет при работе с лазерами особое внимание обращать на защиту глаз. Роговая оболочка глаза прозрачна для излучения в интервале длин волн 0,75-1,3 мкм и становится практически непрозрачной только для длин волн более 2 мкм.

Степень теплового поражения роговицы зависит от поглошенной дозы облучения, причем травмируется главным образом поверхностный, тонкий слой. Если в интервале волн 1,2-1,7 мкм величина энергии облучения превышает минимальную дозу облучения то может произойти полное разрушение защитного эпителиьного слоя. Ясно, что подобное перерождение тканей в области, положенной непосредственно за зрачком, серьезно сказываетл на состоянии органа зрения.

Радужная оболочка, отличающаяся высокой степенью пигментации, поглощает излучение практически всего инфракрасного диапазона. Особенно сильно подвержена она действию излучения длиной волны 0,8-1,3 мкм, поскольку излучение почти не задерживается роговицей и водянистой жидкостью передней камеры глаза.

Минимальной величиной плотности энергии облучения в интервале волн 0,8-1,1 мкм, способной вызвать поражение радужной оболочки, считают 4,2 Дж/см2. Одновременное поражение росовой и радужной оболочек всегда носит острый характер, а поэтому оно наиболее опасно.

Поглощение средами глаза энергии излучения в инфракрасной области, падающей на роговую оболочку, растет с увеличением длины волны. При длинах волн 1,4-1,9 мкм роговица и передняя камера глаза поглощают практически все падающее излучение, а при длинах волн выше 1,9 мкм роговица становится единственным поглотителем энергии излучения.

Развитие лазерной техники заставило начать проводить исследования по определению предельно допустимых уровней облучения лазера.
Воздействие лазерного излучения на кожу человека является в основном тепловым. В качестве ориентировочной безопасной дозы для кожи рекомендуется считать плотность мощности 100 мВт/см2. Механизм теплового воздействия хорошо изучен. Несколько сложнее установить предельно допустимые уровни лазерного облучения глаз. Широкое использование лазеров с выходными параметрами, значительно отличающимися от параметров природных источников света, создает опасность для органа зрения человека.

При оценке допустимых уровней лазерной энергии необходимо учитывать суммарный эффект, производимый на прозрачные среды глаза, сетчатку и сосудистую оболочку. Оценим действие лазерного излучения на сетчатую оболочку глаза.

Размер зрачка в значительной мере определяет количество энергии излучения, попадающей в глаз и, следовательно, достигающей сетчатки. Для глаза, адаптированного к темноте, диаметр зрачка колеблется от 2 до 8 мм; при дневном свете - 2-3 мм, при взгляде на Солнце зрачок сужается до 1,6 мм в диаметре. Величина Поступающей внутрь световой энергии пропорциональна площади зрачка. Следовательно, суженный зрачок пропускает свето» поток в 15-25 раз меньше, чем зрачок расширенный. Площадь изображения источника излучения на сетчатке зависит от его v Ь лового размера, определяемого в основном расстоянием до исто ника. Для большинства неточечных источников размер изображения на сетчатке вычисляется по законам геометрической оптики зная эффективное фокусное расстояние нормального расслабленного глаза, можно найти размер изображения источника лазерного излучения на сетчатке в том случае, если известны расстояние до источника и линейный размер источника излучения.

Лазерное излучение — электромагнитное излучение оптического диапазона, источником которого являются оптические квантовые генераторы — лазеры. Для объяснения сущности и принципов получения лазерного излучения можно воспользоваться планетарной моделью атома, предложенной Э. Резерфордом. Согласно этой модели атомы представляют собой квантово-механические системы, состоящие из ядра и вращающихся вокруг него электронов, занимающих строго определенное, дискретное энергетическое положение. ПеСхема спонтанного (а) и вынужденного (б) излучений атомов реход из одного энергетического состояния в другое осуществляется скачкообразно и сопровождается поглощением или выделение кванта энергии.
Получение лазерного излучения базируется на свойстве атомов (молекул) под влиянием внешнего воздействия переходить в возбужденное состояние. Это состояние неустойчиво, и спустя некоторое время (примерно через 10-8 с) атом может самопроизвольно (спонтанно) или вынужденно под влиянием внешней электромагнитной волны перейти в состояние с меньшим запасом энергии, излучая при этом квант света (фотон). Согласно сформулированному А. Эйнштейном (1917) принципу энергия возбужденными атомами или молекулами будет излучаться с той же частотой, фазой и поляризацией и в том же направлении, что и возбуждающее излучение. При определенных условиях (наличие большого количества падающих квантов и большого числа возбужденных атомов) может происходить процесс лавинообразного увеличения числа квантов за счет вынужденных переходов. Лавинообразный переход атомов из возбужденного состояния, совершаемый за очень короткое время, и приводит к образованию лазерного излучения. Оно отличается от света любых других известных источников монохроматичностью, когерентностью, поляризованностью и изотропностью потока излучения.
Когерентность (от лат. cohaerens находящийся в связи, связанный) — согласованное протекание во времени нескольких колебательных волновых процессов одной частоты и поляризации; свойство двух или более колебательных волновых процессов, определяющее их способность при сложении взаимно усиливать или ослаблять друг друга. Обычные источники генерируют некогерентное излучение, а лазеры — когерентное. Благодаря когерентности лазерный луч максимально фокусируется, он более способен к интерференции, имеет меньшую расходимость и возможность получения более высокой плотности падающей энергии.
Монохроматичность (греч. monos — один, единственный + chroma — цвет, краска) — излучение одной определенной частоты или длины волны. Условно за монохроматическое можно принимать излучение с шириной спектра 3-5 нм.
Поляризация — симметрия (или нарушение симметрии) в распределении ориентации вектора напряженности электрического и магнитного полей в электромагнитной волне относительно направления ее распространения. Если две взаимно перпендикулярные составляющие вектора напряженности электрического поля совершают колебания с постоянной во времени разностью фаз, такая волна называется поляризованной. Если изменения происходят хаотично, то волна является неполяризованной. Лазерное излучение — высокополяризованный свет (от 75 до 100 %).
Направленность — важное свойство лазерного излучения. Под направленностью лазерного пучка понимается его свойство выходить из лазера в виде светового луча с чрезвычайно малой расходимостью.
Основными характеристиками лазерного излучения являются длина волны и частота, а также энергетические параметры. Все они являются биотропными характеристиками, определяющими действие лазерного излучения на биологические системы.
Длина волны — расстояние, на которое распространяется волна за один период колебаний. В медицине чаще выражают в микрометрах (мкм) или нанометрах (нм). От длины волны зависит отражение, глубина проникновения, поглощение и биологическое действие лазерного излучения.
Частота, являясь величиной обратной длине волны, указывает на число колебаний, совершаемых в единицу времени. Принято выражать в герцах (Гц) или кратных величинах. Чем больше частота, тем выше энергия кванта света. Различают собственную частоту излучения, которая для конкретного источника неизменна, и частоту модуляции, которая в медицинских лазерах чаще всего может изменяться от 1 до 1000 Гц. Весьма важны энергетические характеристики лазерного облучения.
Мощность излучения (потокизлучения, поток лучистой энергии, Р) — средняя мощность электромагнитного излучения, переносимая через какую-нибудь поверхность. Измеряют в Вт или кратных величинах.
Плотность излучения (плотность потока мощности, или ППМ, интенсивность излучения, Е). Е = P/S, измеряется в Вт/м2 или мВт/см2.
Энергетическая экспозиция (доза излучения, Н) — энергетическая облученность за определенный промежуток времени. Н = Е t = Р t: S, измеряется в Дж/м2 (1 Дж = 1 Вт с).
При использовании лазерного излучения в медицине, в частности в лазеротерапии, важно ориентироваться на параметры не излучения, а облучения (см. Лазерная терапия).
При использовании непрерывного лазерного излучения по контактным методикам доза облучения (Д) равна энергии излучения(W) и измеряется в джоулях: Д = W = Р t.
Для импульсных воздействий дозу облучения рассчитывают в Дж по формуле:
Димп = Римп t f tau,
где Римп — мощность одиночного импульса в Вт; t — время воздействия в с; f — частота повторения импульсов в Гц; tau — длительность лазерного импульса в с.
В отличие от дозы облучения, поглощенная доза, которая и определяет действие лазерного излучения, всегда будет меньше, что связано с отражением части энергии от облучаемой поверхности. Величину отраженной энергии, которая может варьировать в значительных пределах, определяют с помощью биофотометров.
Поглощенная биообъектом доза лазерного излучения определяется по следующей формуле:
Дпогл = Р t (l — Котр) ,
где Котр — коэффициент отражения кожи или других тканей.
Соответственно для импульсного лазерного излучения эта формула будет выглядеть так:
Дпогл = PИМП t f tau (1 — К) .
При отсутствии биофотометров пользуются усредненными данными: для красного лазерного излучения коэффициент отражения у кожи равен 030, у слизистых оболочек 0,45; для инфракрасного лазерного излучения они соответственно равны 0,40 и 0,35.
В клинической медицине лазерное излучение используется по хирургическому и физиотерапевтическому направлениям. По первому направлению применяют более мощное лазерное излучение, вызывающее микродеструкцию тканей, являющуюся основой лазерной хирургии. Характерными эффектами действия интенсивного лазерного излучения являются коагуляция, сильный нагрев и испарение, абляция, оптический пробой, гидравлический удар и др. В физиотерапии используется низкоинтенсивное лазерное излучение, механизмы действия которого более разнообразны и сложны, но менее известны. Несомненно лишь то, что основу его действия составляют фотофизические и фотохимические процессы, происходящие при молекулярном поглощении энергии излучения и приводящие к различным фотобиологическим эффектам. Важно подчеркнуть, что за счет триггерных механизмов локальные молекулярные изменения трансформируются в системную приспособительную реакцию с ее различными проявлениями на всех уровнях жизнедеятельности организма.
Среди первичных механизмов действия лазерного излучения на биологические системы решающую роль отводят происходящим в митохондриях.
Один из возможных механизмов воздействия лазерного излучения на клетку заключается в ускорении переноса электронов в дыхательной цепи благодаря изменению редокс-свойств ее компонентов. При этом ключевая роль отводится ускоренному переносу электронов в молекулах цитохром-Соксидазы и НАДН-дегидрогеназы. Одновременно из каталитического центра может освободиться оксид азота, играющий, как и повышение дыхательной активности, важную роль в регуляции многих жизненно важных процессов.
За счет различных механизмов лазерное излучение может вызывать усиленную генерацию синглетного кислорода, являющегося химически и биологически высокоактивным соединением. Его образование усиливается при повышении рО2 в тканях. Синглетный кислород инициирует перекисное окисление липидов, изменяет проницаемость мембран, увеличивает транспорт ионов, вызывает ускорение пролиферации клеток и др. Высказывается предположение, что синглетный кислород может вызывать минимальные (додеструктивные) повреждения, выводящие систему из равновесия и стимулирующие ее деятельность в дальнейшем. Это прежде всего относится к мембранам клеток крови.
Фотоакцепторами лазерного излучения могут быть многие витамины, ферменты, в т.ч. рибофлавин (440 нм), каталаза (628 нм), цитохромрксидаза (600 нм), сукцинатдегидратеназа и супероксиддисмутаза. При терапевтических дозировках их активность и содержание в различных тканях повышается, одним из следствий чего является повышение антиоксидантного статуса в тканях и снижение ПОЛ.
Лазерное излучение может прямо или косвенно влиять на мембраны, изменять их конформацию, ориентацию на них рецепторов и состояние фосфолипидных компонентов. К следствиям таких изменений относят повышение проницаемости мембран в отношении Са2+, а также увеличение активности аденилатциклазной и АТФ-азной систем, сказывающееся на биоэнергетике клетки.
Многие авторы первичное действие лазерного излучения объясняют его влиянием на структуру воды, а через нее на реакции, протекающие в водных системах, и на белки, микроокружение которых представлено молекулами воды.
В последнее время активно разрабатывается фотодинамический механизм первичного действия низкоинтенсивного излучения. Согласно ему, хромофорами лазерного излучения являются эндогенные порфирины, содержание которых подвергается изменению при многих заболеваниях. Порфирины, поглощая излучение, индуцируют свободнорадикальные реакции, приводящие к предстимуляции (праймингу) клеток. Повышение активности клеток сопровождается увеличением различных биологически активных соединений (оксид азота, супероксидный анион-радикал, гипохлорит-ион, цитокины и др.), влияющих на микроциркуляцию, иммуногенез и другие физиологически значимые процессы.
Под влиянием лазерного излучения существует возможность локализованного нагрева абсорбирующих хромофоров, что может сопровождаться структурными изменениями биомолекул и их активности. Лазерное излучение кроме того может приводить к возникновению неоднородного температурного поля в биологических тканях вследствие неравномерного распределения поглощающих структур. Такая неравномерность нагрева может оказать существенное влияние на обменные процессы в тканях и клетках. Результатом многих первичных реакций является изменение редокс-статуса клетки: смещение в сторону более окисленного состояния связано со стимуляцией жизнеспособности клетки, смещение в сторону более восстановительного состояния — с ее подавлением.
Названные и другие первичные эффекты низкоэнергетического лазерного излучения сопровождаются спектром вторичных изменений, которые и определяют его физиологическое и лечебное действие. Оно зависит от многих факторов, среди которых важнейшими являются длина волны используемого излучения (и, соответственно, энергия его фотонов) и длительность воздействия. Поскольку в лазеротерапии применяют почти исключительно низкие плотности мощности лазерного излучения (до 100 мВт/см2), то влияние этого фактора менее существенно. В настоящее время наиболее востребованными являются биостимулирующий эффект лазеротерапии. Он определяет наиболее широкий диапазон терапевтического действия и максимально выражен у лазеров красного и ближнего инфракрасного спектров с длиной волны от 620 до 1300 нм. Важно отметить, что лазерная биостимуляция возникает лишь при непродолжительных (до 3-5 мин) воздействиях. Ингибирующий эффект лазеротерапии, присущий в основном коротковолновому излучению УФ-спектра, наблюдающийся при длительной экспозиции, используется значительно реже.
Вызванные поглощением энергии лазерного излучения фотохимические и фотофизические процессы развиваются прежде всего в месте его воздействия (кожа, доступные слизистые оболочки), поскольку глубина его проникновения зависит от длины волны и не превышает нескольких сантиметров. Основное звено в биостимулирующем эффекте лазеротерапии — активация ферментов. Она является следствием избирательного поглощения энергии лазерного излучения отдельными биомолекулами, обусловленного совпадением максимумов их спектра поглощения с длиной волны лазерного излучения. Так, лазерное излучение красного спектра поглощается преимущественно молекулами ДНК, цитохрома, цитохромоксидазы, супероксиддисмутазы, каталазы. Энергия лазерного излучения ближнего инфракрасного диапазона поглощается в основном молекулами кислорода и нуклеиновых кислот. В результате увеличивается содержание свободных (более активных) биомолекул и радикалов, синглетного кислорода, ускоряется синтез белка, РНК, ДНК, возрастает скорость синтеза коллагена и его предшественников, изменяется кислородный баланс и активность окислительно-восстановительных процессов. Это приводит к ответным реакциям клеточного уровня — изменению заряда электрического поля клетки, ее мембранного потенциала, повышению полиферативной активности, что определяет такие процессы, как скорость роста и пролиферации тканей, кроветворение, активность иммунной системы и системы микроциркуляции, затем ответная реакция организма переходит на тканевой, органный и организменный уровни.
Низкоэнергетическое лазерное излучение является неспецифическим биостимулятором репаративных и обменных процессов в различных тканях. Лазерное облучение ускоряет заживление ран, что обусловлено улучшением локального кровотока и лимфооттока, изменением клеточного состава раневого отделяемого в сторону увеличения количества эритроцитов и полинуклеаров, увеличением активности обменных процессов в ране, торможением перекисного окисления липидов. При облучении пограничных тканей по краям раны наблюдается стимуляция пролиферации фибробластов. Кроме того известно о бактерицидном эффекте лазерного излучения, связанного с его способностью вызывать деструкцию и разрыв оболочек микробной клетки. Активация гормонального и медиаторного звена общей адаптационной системы, наблюдающаяся при применении лазерного излучения, также может рассматриваться как один из механизмов стимуляции репаративных процессов.
При лазерном облучении стимулируется регенерация костной ткани, что послужило основанием для использования его при переломах костей, в т.ч. и с замедленной консолидацией. Под влиянием лазерного излучения улучшается регенерация в нервной ткани, снижается импульсная активность болевых рецепторов. Наряду с уменьшением интерстициального отека и сдавления нервных проводников, это определяет болеутоляющее действие лазеротерапии.
Лазерное излучение обладает выраженным противовоспалительным эффектом, который, вероятно, прежде всего обусловлен улучшением кровообращения и нормализацией нарушенной микроциркуляции, активацией метаболических процессов в очаге воспаления, уменьшением отека тканей, предотвращением развития ацидоза и гипоксии, непосредственным влиянием на микробный фактор. Существенную роль также играет активация иммунной системы, выражающаяся в повышении интенсивности деления и росте функциональной активности иммунокомпетентных клеток, увеличением синтеза иммуноглобулинов. Противовоспалительному эффекту способствует стимулирующее влияние лазерного излучения на эндокринные железы, в частности на глюкокортикоидную функцию надпочечников. Важно подчеркнуть, что как при бактериальном загрязнении раневой поверхности, так и при обострении хронического воспалительного процесса более целесообразно применение лазеров УФ-диапазона (использование ингибирующего эффекта для подавления альтерации и экссудации), а в стадии пролиферации и регенерации — красного и инфракрасного диапазонов. При вялотекущих воспалительных и при дегенеративно-дистрофических процессах следует воздействовать излучением только красного и инфракрасного спектра.
Под влиянием лазерного низкоэнергетического излучения происходит увеличение количества эритроцитов и ретикулоцитов, наблюдается усиление митотической активности клеток костного мозга, активируется противосвертывающая система, снижается СОЭ. Это действие на кроветворение развивается как прямым, так и косвенным путями. В первом случае генерируемый лазером свет, поглощаясь порфиринами эритроцитов, приводит к уменьшению резистентности и даже к распаду небольшого количества их. Продукты распада, очевидно, и активируют костно-мозговое кроветворение. Косвенное действие лазерного излучения реализуется вследствие активации деятельности эндокринных желез, прежде всего гипофиза и щитовидной железы, которые имеют непосредственное отношение к регуляции функции кроветворения.
Лазерное излучение, увеличивая энергетический потенциал клетки, способствует повышению устойчивости организма в целом к действию неблагоприятных факторов, в т.ч. и к ионизирующей радиации.
В общем, наиболее выраженными эффектами лазеротерапии, возникающими преимущественно в месте воздействия, являются: трофико-регенераторный, улучшающий микроциркуляцию, противовоспалительный, иммуностимулирующий, десенсибилизирующий, противоотечный, болеутоляющий.
При лазеротерапии регистрируются не только изменения в месте облучения, но и наблюдается общая ответная реакция организма. Генерализация местного эффекта происходит благодаря нейрогуморальным реакциям, которые запускаются с момента появления эффективной концентрации биологически активных веществ в облученных тканях, а также за счет нервно-рефлекторного механизма. Возникающие сдвиги основных показателей деятельности ЦНС, сердечно-сосудистой системы, ряда биохимических процессов носят, как правило, отсроченный характер и проявляются через некоторое время (минуты, часы) после процедуры. При этом они наиболее выражены при облучении акупунктурных зон.
Лазерное излучение с его уникальными свойствами нашло широкое и разнообразное использование в медицине. Источниками его являются квантовые генераторы — лазеры с различными физическими характеристиками (см. Лазер). Медицинские лазеры излучают в УФ-, видимом (чаще всего в красной области) и инфракрасном диапазонах оптического спектра, могут работать в непрерывном и импульсном режимах. По терапевтическому направлению используется низкоинтенсивное лазерное излучение, генерируемое чаще всего гелий-неоновыми и полупроводниковыми лазерами (см. Лазерная терапия). Лазеротерапию применяют в самых различных клиниках при очень многих заболеваниях.
Показания: Высокоинтенсивное лазерное излучение, вызывающее видимые изменения тканей, используется по хирургическому направлению. Такое излучение способно вызывать резку и сварку тканей, коагуляцию, абляцию и гемостаз. С этой целью наиболее часто используют лазеры на аргоне, парах меди, на красителях, углекислоте, неодимовые и близкие к ним лазеры. Эксимерные лазеры нашли широкое применение в офтальмохирургии. Лазерное излучение (чаще средней интенсивности) применяется в так называемой фотодинамической терапии. Использование в этой технологии фотосенсибилизатора облегчает динамическую деструкцию патологически измененной клетки, но отнюдь не является обязательным условием ее. Фотодинамическая терапия сегодня наиболее широко применяется в лечении онкологических заболеваний, но границы ее применения постепенно расширяются. Весьма своеобразная область использования лазерного излучения — лазерная косметология. В косметологии наиболее часто пользуются углекислыми и эрбиевыми лазерами, а также лазерами на алюмо-иттрий-гранатовом кристалле. Лазерные технологии в косметологии применяют для таких косметологических процедур, как дермабразия, лифтинг, удаление гемангиом и телеангиоэктазий на лице, эпиляция волос и др. Лазерное излучение начинают использовать в программах эфферентной терапии, в лабораторных технологиях, а также в галографии. Совершенно очевидно, что возможности медицинской лазерологии далеко не исчерпаны.

Лазерное излучение и защита от него на производстве

Лазерное излучение — это электромагнитные излучения с длиной волны 0,2...1000 мкм: от 0,2 до 0,4 мкм — ультрафиолетовая область; свыше 0,4 до 0,75 мкм — видимая область; свыше 0,75 до 1 мкм — ближняя инфракрасная область; свыше 1,4 мкм — дальняя инфракрасная область.

Источниками лазерного излучения являются оптические квантовые генераторы — лазеры, которые нашли широкое применение в науке, технике, технологии (связи, локации, измерительной технике, голографии, разделении изотопов, термоядерном синтезе, сварке, резке металлов и т.п.).

Лазерное излучение характеризуется исключительно высоким уровнем концентрации энергии: плотность энергии — 1010...1012 Дж/см3; плотность мощности — 1020..1022 Вт/см3. По виду излучения оно разделяется на прямое (заключенное в ограниченном телесном угле); рассеянное (рассеянное от вещества, находящегося в составе среды, сквозь которую проходит лазерный луч); зеркально отраженное (отраженное от поверхности под углом, равным углу падения луча); на диффузно отраженное (отражается от поверхности по всевозможным направлениям).

В процессе эксплуатации лазерных установок обслуживающий персонал может подвергнуться воздействию большой группы физических и химических факторов опасного и вредного воздействия. Наиболее характерными при обслуживании лазерной установки являются следующие факторы: а) лазерное излучение (прямое, рассеянное или отраженное); б) ультрафиолетовое излучение, источником которого являются импульсивные лампы накачки или кварцевые газоразрядные трубки; в) яркость света, излучаемого импульсивными лампами или материалом мишени под воздействием лазерного излучения; г) электромагнитные излучения диапазона ВЧ и СВЧ; д) инфракрасное излучение; ж) температура поверхностей оборудования; з) электрический ток цепей управления и источника питания; и) шум и вибрации; к) разрушение систем накачки лазера в результате взрыва; л) запыленность и загазованность воздуха, происходящие в результате воздействия лазерного излучения на мишень и радиолиза воздуха (выделяются озон, окислы азота и другие газы).

Одновременность воздействия этих факторов и степень их проявления зависят от конструкции, характеристики установки и особенностей выполняемых с ее помощью технологических операций. В зависимости от потенциальной опасности обслуживания лазерных установок они подразделены на четыре класса. Чем выше класс установки, тем выше опасность воздействия излучения на персонал и тем большее число факторов опасного и вредного воздействия проявляется одновременно.

Если для 1-го класса опасности лазерной установки обычно характерна лишь опасность воздействия электрического поля, то для 2-го класса характерна еще и опасность прямого и зеркального отраженного излучения; для 3-го класса — еще и опасность диффузного отражения, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, яркости света, высокой температуры, шума, вибраций, запыленности и загазованности воздуха рабочей зоны.

Лазерная установка 4-го класса опасности характеризуется полным наличием потенциальных опасностей, перечисленных выше.

В качестве основных критериев для нормирования лазерных излучений избрана степень изменения, происходящего под их влиянием в органах зрения и кожи человека. Безопасность при работе с лазерами оценивается вероятностью достижения того или иного патологического эффекта, определяемой:

Рбез = 1 - Рпат (3.47)

где Рбез — вероятность безопасности работы с лазером в конкретных условиях; РПат — фактический патологический эффект, измеренный при воздействии лазерного излучения.

В настоящее время доказано, что при воздействии лазерного излучения (особенно при разовом) существует однозначная связь между количественным показателем интенсивности воздействия поля и производимым им эффектом.

В целях обеспечения безопасных условий труда персонала установлены предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения, которые при ежедневном воздействии на человека не вызывают в процессе работы или в отдаленные сроки отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами медицинских исследований.

1 — лазер, 2 — бленда, 3 — линза, 4 — диафрагма, 5 — мишень

Биологические эффекты воздействия лазерного излучения зависят не только от энергетической экспозиции, поэтому ПДУ лазерного излучения установлены с учетом длины волны излучения, длительности импульсов, частоты их повторения, времени воздействия и площади облучаемых участков, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов.

Контроль уровней опасных и вредных факторов при эксплуатации лазеров проводится периодически (не реже одного раза в год), при приеме новых установок, при изменении конструкции лазерной установки или средств защиты, при организации новых рабочих мест.

В зависимости от класса лазерной установки используются различные защитные средства, включающие порядок эксплуатации установки, определенные «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров».

Комплекс мер, обеспечивающих безопасность работы с лазером, включает технические, санитарно-гигиенические и организационные мероприятия и направлен на предотвращение облучения персонала уровнями, превышающими ПДУ.

Достигается это обеспечением лазеров приспособлениями, исключающими воздействие прямого и отраженного излучения (экраны); использованием средств дистанционного управления, сигнализации и автоматического отключения; созданием специальных помещений для работ с лазером, их правильной компоновкой с обеспечением необходимого свободного пространства, систем контроля уровней облучения; оборудованием рабочих мест местной вытяжной вентиляцией.

В качестве экранирующих устройств от прямого и отраженного излучения на пути луча устанавливают бленды, а возле облучаемого объекта — диафрагмы.

К обслуживанию лазеров допускаются лица не моложе 18 лет, не имеющие медицинских противопоказаний, прошедшие инструктаж и обученные безопасным методам работы (имеют соответствующую квалификационную группу по технике безопасности).

В процессе эксплуатации установок на администрацию возложены обязанности контроля за безопасным ведением работ, а также предотвращение использования запрещенных приемов работ.

К средствам индивидуальной защиты от лазерного излучения, используемым только в комплексе со средствами коллективной защиты, относятся защитные очки и маски со светофильтрами.

Их выбор в каждом конкретном случае осуществляется с учетом длины волны генерируемого излучения.

В последние десятилетия в промышленности, медицине, при научных исследованиях, в системе мониторинга состояния окружающей среды нашли применение лазеры. Их излучение может оказывать опасное воздействие на организм человека и в первую очередь на орган зрения. Лазерное излучение (ЛИ) генерируют в инфракрасной, световой и ультрафиолетовой областях неионизирующего ЭМИ.

Лазеры, генерирующие непрерывное излучение, позволяют создать интенсивность порядка 10 10 Вт/см 2 , что достаточно для плавления и испарения любого материала. При генерации коротких импульсов интенсивность излучения достигает величин порядка 10 15 Вт/см 2 и больше. Для сравнения отметим, что значение интенсивности солнечного света вблизи земной поверхности составляет всего 0,1‒0,2 Вт/см 2 .

В настоящее время в промышленности используется ограниченное число типов лазеров. Это в основном, лазеры, генерирующие излучение в видимом диапазоне спектра (λ = 0,44‒0,59 мкм; λ = 0,63 мкм; λ = 0,69 мкм), ближнем ИК-диапазоне спектра (λ = 1,06 мкм) и дальнем ИК-диапазоне спектра (λ = 10,6 мкм) . При оценке неблагоприятного влияния лазеров все опасности разделяют на первичные и вторичные. К первым относят факторы, источником образования которых является непосредственно сама лазерная установка. Вторичные факторы возникают в результате взаимодействия ЛИ с мишенью.

К первичным факторам вредности относят ЛИ, повышенное электрическое напряжение, световое излучение, акустические шумы и вибрация от работы вспомогательного оборудования, загрязнение воздуха газами, выделяющимися из узлов установки, рентгеновское излучение электроионизационных лазеров или электровакуумных приборов, работающих при напряжении свыше 15 кВ.

Вторичные факторы включают отраженное ЛИ, аэродисперсные системы и акустические шумы, образующиеся при взаимодействии лазерного излучения с мишенью, излучение плазменного факела.

ЛИ может представлять опасность для человека, вызывая в его организме патологические изменения, функциональные расстройства органа зрения, центральной нервной и вегетативной систем, а также влиять на внутренние органы, такие как печень, спинной мозг и др. Наибольшую опасность ЛИ представляет для органа зрения. Основным патофизиологическим эффектом облучения тканей ЛИ является поверхностный ожог, степень которого связана с пространственно-энергетическими и временными характеристиками излучения.

Воздействие лазерного излучения на глаза. Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза при воздействии электромагнитных излучений самых различных длин волн, а также способность оптической системы глаза увеличивать плотность энергии излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона на глазном дне на несколько порядков по отношению к роговице выделяют его в наиболее уязвимый орган. Степень повреждения глаза главным образом зависит от таких физических параметров, как время облучения, плотность потока энергии, длина волны и вид излучения (импульсное или непрерывное), а также индивидуальных особенностей глаза.

Воздействие ультрафиолетового излучения на орган зрения в основном приводит к поражению роговицы. Поверхностные ожоги роговицы лазерным излучением с длиной волны в пределах ультрафиолетовой области спектра устраняются в процессе самозаживления.

Для лазерного излучения с длиной волны 0,4‒1,4 мкм критическим элементом органа зрения является сетчатка. Она обладает высокой чувствительностью к электромагнитным волнам видимой области спектра и характеризуется большим коэффициентом поглощения электромагнитных волн видимой инфракрасной и ближней ультрафиолетовых областей. Повреждение глаза может изменяться от слабых ожогов сетчатки, сопровождающихся незначительными или полностью отсутствующими изменениями зрительной функции, до серьезных повреждений, приводящих к ухудшению зрения и даже к полной его потере.

Излучения с длинами волн более 1,4 мкм практически полностью поглощаются в стекловидном теле и водянистой влаге передней камеры глаза. При умеренных повреждениях эти среды глаза способны самовосстанавливаться. Лазерное излучение средней инфракрасной области спектра может причинять тяжелое тепловое повреждение роговице.

Отметим, что лазерное излучение оказывает повреждающее действие на все структуры органа зрения. Основной механизм повреждений ‒ тепловое действие. Импульсное лазерное излучение представляет большую опасность, чем непрерывное.

Воздействие лазерного излучения на кожу. Повреждения кожи, вызванные лазерным излучением, могут быть различными: от легкого покраснения до поверхностного обугливания и образования глубоких дефектов кожи. Эффект воздействия на кожные покровы определяется параметрами излучения лазера и степенью пигментации кожи.

Пороговые уровни энергии излучения, при которых возникают видимые изменения на коже, колеблются в сравнительно широких пределах

(от 15 до 50 Дж/см 2).

Биологические эффекты, возникающие при облучении кожи лазерным излучением, в зависимости от длины волны приведены в табл. 5.

Таблица 5

Биологические эффекты, возникающие при облучении кожи лазерным излучением